WO2022013107A1

WO2022013107A1 - Laufrad für eine zentrifugalflüssigkeitspumpe sowie zentrifugalflüssigkeitspumpe aufweisend das laufrad und kraftfahrzeug aufweisend eine solche zentrifugalfluidpumpe

Info

Publication number: WO2022013107A1
Application number: PCT/EP2021/069203
Authority: WO
Inventors: Conrad Nickel
Original assignee: Nidec Gpm Gmbh
Priority date: 2020-07-17
Filing date: 2021-07-09
Publication date: 2022-01-20
Also published as: DE102020118982A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Laufrad (1) für eine Zentrifugalflüssigkeitspumpe (100), insbesondere eine Kühlmittelpumpe - mit einer ersten Scheibe (2), die eine Ansaugöffnung (3) aufweist, - eine Nabenvorrichtung (6), - eine Vielzahl von Schaufeln/Flügeln (10), wobei die erste Scheibe (2), die Nabenvorrichtung (6) und wenigstens die Schaufeln/Flügel (10) der Vielzahl Schaufeln/Flügeln (10) der ersten Scheibe (2) einstückig ausgebildet sind, wobei eine zweite Scheibe (20) vorgesehen ist, welche mit freien Kanten (11) der Schaufeln/Flügeln (10) stoffschlüssig verbunden ist, wobei die stoffschlüssige Verbindung als Laserschweißung ausgebildet ist.

Description

Beschreibung

Laufrad für eine Zentrifugalflüssigkeitspumpe sowie Zentrifugalflüssigkeitspumpe aufweisend das Laufrad und Kraftfahrzeug aufweisend eine solche Zentrifugalfluidpumpe

Die Erfindung betrifft ein Laufrad für eine Zentrifugalflüssigkeitspumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Zentrifugalflüssigkeitspumpe und ein Kraftfahrzeug aufweisend die Zentrifugalflüssigkeitspumpe.

Ein Laufrad mit offenen Strömungskanälen ist aus der DE 11 2016 005 066 T5 bekannt.

Ein solches Laufrad ist hinsichtlich seiner Effektivität und seines Wirkungsgrades noch nicht optimal.

Zur Wirkungsgradsteigerung eines Pumpenlaufrades ist es bekannt, Strömungskanäle zwischen Schaufeln möglichst als geschlossene Strömungskanäle auszubilden. Hierzu wird im Stand der Technik üblicherweise eine Deckscheibe gegen die in Axialrichtung weisenden freien Kanten der Schaufeln gesetzt. Als V erbindungstechnik zwischen einer solchen Deckscheibe und einem Laufradgrundkörper wird üblicherweise das Ultraschallschweißen eingesetzt (vgl. DE 10 2016 211 605 Al). Diese V erbindungstechnik hat mehrere Nachteile:

1. Um eine definierte Positionierung des mittels Ultraschall aufzuschweißenden Teils relativ zum Grundbauteil zu gewährleisten, ist es notwendig, Anschläge vorzusehen, die beim Schweißvorgang nicht aufgeschmolzen werden und somit als stabiler geometrischer Anschlag bestehen bleiben, gegen den das zu verschweißende Bauteil gedrückt werden kann, bis aufgeschmolzene Stege erneut erstarrt sind. 2. Des Weiteren ist für das Ultraschallschweißen charakteristisch, dass sogenannte Schweißaustritte in Form von wulstartigen Austreibungen in der Nachbarschaft der V erbindungsstelle der zu verbindenden Bauteile entstehen. Derartige Schweißaustritte kommen strömungstechnisch besonders nachteilig bei einer Lauffadfertigung innerhalb der Strömungskanäle zu liegen und beeinflussen deren Strömungswiderstand negativ.

3. Außerdem können durch die Zurverfügungstellung der Anschläge beim Ultraschallverschweißen Leckagen zwischen zwei benachbarten Strömungskanälen entstehen, was ebenfalls zur Reduzierung des Wirkungsgrades des Pumpenrades beiträgt.

Des Weiteren ist es bekannt, Laufräder für Kreiselpumpen gegebenenfalls einstückig herzustellen. Eine derartige einstückige Herstellung mit geschlossenen Strömungskanälen (vgl. DE 10 2004 024 900 Al) bedingt eine sehr hohe geometrische Vorfestlegung der Strömungskanäle und der Schaufelgeometrien, um diese in einen kostengünstigen Verfahren, zum Beispiel dem Kunststoffspritzguss, in Großserie herstellen zu können. Hierdurch sind aufgrund des Herstellverfahrens unerwünschte Gestaltungs ffeiheitseinschränkungen gegeben.

Aus der EP 1 533 104 A2 ist ein gattungsgemäßes Laufrad für eine Kreiselpumpe und ein Herstellungsverfahren für ein solches Laufrad bekannt. Ein Laufradgrundkörper, welcher Schaufeln aufweist, wird hierbei in form- und reibschlüssiger Art und Weise verbunden, wobei zur Verstärkung der Verbindung ein Laserschweißen vorgesehen sein kann.

Hinsichtlich einer Durchführung einer Laserschweißung ist eine derart offenbarte Laufradkonstruktion aufwändig, da eine relativ komplizierte Laserführung, d. h. Laserfokussierung und/oder Laserstrahlführung zur Durchführung der Laserschweißungen erforderlich ist. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Laufrad für eine Zentrifugalflüssigkeitspumpe zur Verfügung zu stellen, welches einerseits eine hohe mechanische Genauigkeit aufweist, die zudem leicht und kostengünstig, insbesondere unter Vermeidung von aufwändigen Nachbearbeitungen erreichbar ist und zudem eine hohe Strömungseffizienz und einen hohen Wirkungsgrad besitzt.

Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein Laufrad für eine Zentrifugalflüssigkeitspumpe bereitzustellen, welches in einfacher Art und Weise mittels Laserschweißung herstellbar ist.

Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, eine Zentrifugalflüssigkeitspumpe mit einem erhöhten Wirkungsgrad anzugeben.

Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug anzugeben, welches Zentrifugalflüssigkeitspumpen mit erhöhtem Wirkungsgrad besitzt.

Diese Aufgaben werden mit einem Laufrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen 2 bis 15 angegeben. Hinsichtlich der Zentrifugalflüssigkeitspumpe wird die Aufgabe mit einer Zentrifugalflüssigkeitspumpe nach Anspruch 16 gelöst.

Hinsichtlich des Kraftfahrzeugs wird die Aufgabe mit einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst.

Ein erfindungsgemäßes Laufrad für eine Zentrifugalflüssigkeitspumpe ist insbesondere zur Anwendung in einer Kühlmittelpumpe geeignet und weist auf: eine erste Scheibe, eine N abenvorrichtung, eine Vielzahl von S chaufeln/Flügeln, wobei die erste Scheibe, die Nabenvorrichtung und wenigstens die Schaufeln/Flügel der Vielzahl von S chaufeln/Flügeln der ersten Scheibe einstückig ausgebildet sind, wobei eine zweite Scheibe vorgesehen ist, welche mit den S chaufeln/Flügeln stoffschlüssig verbunden ist, wobei die stoffschlüssige Verbindung als Laserschweißung ausgebildet ist. Ein solches Laufrad ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Scheibe eine Ansaugöffnung aufweist und die zweite Scheibe mit freien Kanten der S chaufeln/Flügel stoffflüssig verbunden ist, wobei die freien Kanten in einer Ebene liegen und die Laserschweißungen im Bereich der freien Kanten koplanar angeordnet sind.

Mit einem solchen Laufrad gelingt es, ein Laufrad bereitzustellen, welches einen besonders hohen Wirkungsgrad hat und zudem insbesondere ohne Nachbearbeitung nach dem Kunststoffspritzgießen mit geringen geometrischen äußeren Maßtoleranzen herstellbar ist.

Des Weiteren ist es möglich, durch die Anwendung der Laserschweißtechnik die Deckscheibe über die gesamte, in Axialrichtung weisende freie Kante der S chaufeln/Flügel mit den S chaufeln/Flügeln zu verschweißen, so dass eine geschlossene, fluiddichte Schweißnaht entsteht, die keine Leckagen zu benachbarten Strömungskanälen aufweist. Außerdem entstehen bei der Laserverschweißung keine Schweißaustritte, welche in unerwünschter Art und Weise für strömungshindemde Verengungen in den Strömungskanälen zwischen zwei S chaufeln/Flügeln sorgen könnten.

Insbesondere gelingt es durch die koplanare Anordnung der Laserschweißungen diese besonders einfach und kostengünstig, ohne erhöhtem Einstellaufwand für die Laserschweißung bzw. eine Laserschweißvorrichtung durchzuführen. Der Fokussieraufwand bzw. ein Strahlführungsaufwand ist besonders einfach.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weist die Nabenvorrichtungen einen Nabenträger und eine Laufbuchse auf. Eine derartige Gestaltung ermöglicht es, eine hohe Widerstandsfähigkeit der Nabe mittels einer z. B. eingegossenen Laufbuchse zu erreichen.

In einer weiteren Ausführungsform weist der Nabenträger eine Flanschfläche auf, die eine Flanschebene bildet. Mit einer solchen Konstruktion kann in einfacher Art und Weise im Bereich der Nabe eine Anbindungsebene für die zweite Scheibe geschaffen werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Flanschebene senkrecht zu einer Mittelachse M angeordnet und bildet eine mit den freien Kanten fluchtende Ebene zur Anlage der zweiten Scheibe.

In dieser Ausführungsform ist es besonders vorteilhaft, dass sowohl die freien Kanten als auch die Flanschebene in ein und derselben Ebene liegen, was die Durchführung von Laserschweißungen bzw. die Anordnung und Montage der zweiten Scheibe besonders erleichtert.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist im Bereich der Flanschebene eine ringförmige oder eine punktuelle Verschweißung der zweiten Scheibe mit dem Nabenträger ausgebildet.

Hierdurch entsteht eine zusätzliche Befestigung der zweiten Scheibe außerhalb der Befestigungen (Laserschweißungen) an den freien Kanten der Schaufeln/Flügel, wodurch eine zusätzliche Fixierung der zweiten Scheibe im zentrumsnahen Nabenbereich erfolgt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die die freien Kanten der S chaufeln/Flügeln in eine Axialrichtung A.

Eine derartige Ausgestaltung des Laufrades hat den Vorteil, dass die Deckscheibe mit einer einfachen Fügebewegung positionsgenau auf den Grundkörper des Laufrades aufsetzbar ist.

In einer weiteren besonderen Ausführungsform besitzt die zweite Scheibe Aufhahmenuten zum Einstecken der freien Kanten.

Dies erleichtert die Positionierung der zweiten Scheibe relativ zur ersten Scheibe bzw. relativ zum Grundkörper gebildet aus der ersten Scheibe und den S chaufeln/Flügeln und der Nabenvorrichtung. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Laserschweißung entlang der freien Kanten durchgängig, insbesondere durchgängig und fluiddicht ausgebildet ist.

Hierdurch entsteht durch die Verschweißung eine Abdichtung der Strömungskanäle zwischen zwei Laufschaufeln, der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe, so dass ein hoher strömungstechnischer Wirkungsgrad erwartbar ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die erste Scheibe und die zweite Scheibe aus Kunststoff gebildet sind, wobei ein Kunststoffwerkstoff der ersten Scheibe gleich oder unterschiedlich zum Kunststoffwerkstoff der zweiten Scheibe sein kann.

Bei gleichen Kunststoffen ist insbesondere bei der Auswahl eines gut laserschweißbaren Kunststoffes die Schweißbarkeit in besonderem Maße sichergestellt. Bei unterschiedlichen Kunststoffwerkstoffen kann beispielsweise für das bei der Herstellung weniger verzugsanfällige Bauteil der zweiten Scheibe ein kostengünstigerer Kunststoff verwendet werden, was insgesamt zu einer kostengünstigeren Ausgestaltung des Laufrades beiträgt.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laufrades weist die Nabenvorrichtung einen Nabenträger und eine Laufbuchse auf, wobei die Laufbuchse im Nabenträger eingegossen bzw. mit Kunststoff des Nabenträgers umspritzt ist.

Bei einer derartigen Ausführungsform ist insbesondere die Koaxialität und die Rundlaufgenauigkeit des entstehenden Laufrades bzw. des entstehenden Laufradgrundkörpers (erste Scheibe, N aben Vorrichtung und Schaufeln/ Flügel) in besonderem Maße sichergestellt.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laufrades ist dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich oder anstelle der Einstecknuten auf einer gegenüberliegenden Seite der zweiten Scheibe örtliche Vertiefungen vorgesehen sind, welche hinsichtlich ihres Verlaufs in Radialrichtung R mit den freien Kanten der Schaufeln/Flügel korrespondieren.

Die örtlichen Vertiefungen auf der Rückseite der zweiten Scheibe bewirken eine örtliche Materialverjüngung im Bereich der anzubringenden Laserschweißnaht, was zum einen eine vorteilhafte Auswirkung auf die einzusetzende Schweißenergie hat und zum anderen einen geringeren Wärmeeintrag in das Bauteil zur Folge hat, so dass ungewünschte Deformationen innerhalb der zu verschweißenden Kunststoffbauteile oder entstehende Schweißspannungen minimiert sind.

Zur vorteilhaften Durchführung einer Laserschweißung ist es zweckmäßig, in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laufrades wenigstens im Bereich der freien Kanten der Schaufeln/Flügel die zweite Scheibe laserlichttransparent auszubilden.

Dies ist sinnvoll, damit der zur Schweißung eingesetzte Laser durch das Material der zweiten Scheibe hindurchtreten kann und das Material der freien Kanten der Flügel/S chaufeln durch W ärmeeinwirkung aufschmelzen kann.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laufrades ist an Ansaugöffnung ein Ansaugkragen zugeordnet, welcher eine freie Kante aufweist, die eingerichtet und ausgebildet ist, um mit einem Pumpengehäuse einer Zentrifugalflüssigkeitspumpe, insbesondere mit einem Nutboden einer Ringnut im Pumpengehäuse der Zentrifugal flüssigkeitspumpe einen definierten Axialspalt mit einem Spaltmaß s von 0, 1 mm bis 0,6 mm zu bilden.

Durch eine derartige Ausbildung der freien Kante gelingt es, den Axialspalt zu einem Pumpengehäuse einer Zentrifugalflüssigkeitspumpe in dem angegebenen geringen Maßtoleranzbereich zu halten, wodurch Strömungsverluste durch die Ausbildung einer solchen Labyrinthdichtung im Zusammenhang mit einer Nut im Pumpengehäuse gering zu halten. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt die N abenvorrichtung, insbesondere der Nabenträger im Anbindungsbereich der zweiten Scheibe einen Zentrierbund zur radialen Zentrierung der zweiten Scheibe relativ zur ersten Scheibe.

Hierdurch wird in Radialrichtung R eine genaue Vorpositionierung der zweiten Scheibe relativ zur ersten Scheibe erreicht, was zu einer hohen Rundlaufgenauigkeit des erfindungsgemäßen Laufrades nach der Verschweißung der zweiten Scheibe mit den freien Kanten der Schaufeln/Flügel beiträgt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann wenigstens der Kunststoffwerkstoff der zweiten Scheibe faserverstärkt, insbesondere glasfaserverstärkt ausgebildet sein, was zu einer erhöhten Stabilität beiträgt. Selbstverständlich kann auch der Kunststoffwerkstoff des einstückigen Laufradgrundkörpers (Nabenvorrichtung, erste Scheibe, S chaufeln/Flügel) bei Bedarf faserverstärkt, insbesondere glasfaserverstärkt ausgebildet sein.

Hinsichtlich der Zentrifugalflüssigkeitspumpe ist eine erfindungsgemäße Zentrifugalflüssigkeitspumpe in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass die freie Kante des Ansaugkragens mit dem gegenüberliegenden Pumpengehäuse oder mit einem Nutenboden der Ringnut des Pumpengehäuses einen Axialspalt mit dem Spaltmaß s bildet, wobei der Spaltmaß zwischen 0,1 und 0,6 mm liegt.

Hierdurch kann eine Zentrifugalflüssigkeitspumpe realisiert werden, welche einen hohen Wirkungsgrad besitzt. Hierdurch gelingt es einen besonders geringen Leckageverlust auf Seiten der Ansaugöffnung innerhalb der Zentrifugalflüssigkeitspumpe zu realisieren.

Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug weist eine Zentrifugalflüssigkeitspumpe nach vorbeschriebener Art und Weise auf. Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 : einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laufrades;

Fig. 2a: eine perspektivische Ansicht auf einen Laufradgrundkörper (Nabenvorrichtung, erste Scheibe, S chaufeln/Flügel) einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laufrades in perspektivischer Ansicht auf die Schaufelseite;

Fig. 2b: eine Explosionsdarstellung der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laufrades gemäß Fig. 2a;

Fig. 3 a. einen Teillängsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Laufrad der Ausführungsform gemäß Fig. 2 a, 2b;

Fig. 3b: einen Teillängsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Laufrad in einer weiteren (dritten) Ausfuhrungsform; Fig. 4: zeigt einen Teillängsschnitt durch eine erfindungsgemäße

Zentrifugalflüssigkeitspumpe aufweisend ein erfindungsgemäßes Laufrad.

Ein erfindungsgemäßes Laufrad 1 in einer ersten Ausführungsform zeigt Figur 1 im Längsschnitt.

Das Laufrad 1 besitzt eine erste Scheibe 2, welche bevorzugt rotationssymmetrisch um eine Mittelachse M ausgebildet ist.

Die erste Scheibe 2 weist eine z. B. kreisförmige Ansaugöffnung 3 auf, die konzentrisch um die Mittelachse M angeordnet ist. Die Ansaugöffnung 3 ist durch einen Ringvorsprung 4 umgrenzt, der eine freie Kante 5 aufweist. Die freie Kante 5 weist im Einbauzustand einer Axialrichtung A in Richtung einer Ansaugseite (nicht gezeigt) einer Zentrifugalflüssigkeitspumpe 100 (vgl. Figur 4).

Die erste Scheibe 1 besitzt eine Nabenvorrichtung 6, welche aus einem Nabenträger 7 und einer Laufbuchse 8 gebildet ist. Die erste Scheibe 2 besitzt an einer Rückseite 9 eine Mehrzahl von S chaufeln/Flügeln 10, welche sich in der Axialrichtung A ein Stück von der Rückseite 9 wegerstrecken. Die Schaufeln/Flügel 10 besitzen in Axialrichtung A weisende freie Kanten 11. In einer Radialrichtung R verlaufen die S chaufeln/Flügel 10 spiralartig und sind radial innen am Nabenträger 7 einstückig angeformt und in einem radial äußeren Bereich, d. h. in einem radialen Bereich, der radial außerhalb der Ansaugöffnung 3 liegt, sind die Schaufeln/Flügel 10 einstückig an die Rückseite 9 der ersten Scheiben 2 angeformt. Die S chaufeln/Flügel 10 sind dabei in einer Umfangsrichtung U (vgl. Figur 2a) bevorzugt gleichmäßig verteilt angeordnet, wobei jeweils zwischen zwei Schaufeln/Flügel 10 ein Strömungskanal 12 ausgebildet ist, welcher sich in Radialrichtung R nach innen hin verjüngt und in einem Radialbereich, der innerhalb der Ansaugöffnung 3 liegt, mit dieser Ansaugöffnung 3 kommuniziert. Radial nach außen hin nimmt eine Breite des Strömungskanals 12 in Umfangsrichtung U zu. Die Schaufeln/Flügel 10 enden in der Radialrichtung R bevorzugt bündig mit einem radial äußeren Rand 13 der ersten Scheibe.

Im Nabenträger 7 ist die Laufbuchse 8 eingegossen bzw. die Laufbuchse 8, welche bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff, zum Beispiel Messing oder einer Lagerbronze oder dergleichen ausgebildet ist, ist vom Nabenträger 7 einstückig umspritzt.

Die erste Scheibe 2, die die Nabenvorrichtung 6, die den Nabenträger 7 und die Laufbuchse 8 aufweist, sowie die Schaufeln/Flügel 10 bilden einen Laufradgrundkörper, der einstückig ausgebildet ist. Bevorzugt ist der Laufradgrundkörper mit Ausnahme der Laufbuchse 8 aus Kunststoff gebildet und im Spritzgussverfahren hergestellt, wobei der Laufradgrundkörper um die metallische Laufbuchse 8 herum gespritzt ist.

Des Weiteren besitzt ein erfindungsgemäßes Laufrad 1 eine zweite Scheibe 20, die als Deckscheibe verwendet wird. Die zweite Scheibe 20 ist in der Axialrichtung A gegen die freien Kanten 11 der S chaufeln/Flügel 10 gesetzt und im Kontaktbereich zwischen den freien Kanten 11 und der zweiten Scheibe 20 fluiddicht mit den S chaufeln/Flügeln

10 laserverschweißt. Die zweite Scheibe 20 sitzt auf einem Zentrierbund 21 des Nabenträgers 7. Der Zentrierbund 21 sorgt für eine zentrische Positionierung der zweiten Scheibe 20 zur Verschweißung der zweiten Scheibe 20 mit den Schaufeln/Flügeln 10.

Des Weiteren weist der Nabenträger 7 eine Flanschfläche auf, die eine Flanschebene 22 bildet. Die Flanschebene 22 ist senkrecht zur Mittelachse M angeordnet und bildet in der Ausführungsform gemäß Figur 1 eine mit den freien Kanten 11 fluchtende Ebene zur Anlage der zweiten Scheibe 20. In dieser Ausführungsform kann die zweite Scheibe 20 in besonders einfacher Art und Weise als Ringscheibe ausgebildet sein, welche ebene B egrenzungsflächen in Axialrichtung A besitzt.

In einer zweiten Ausführungsform (vgl. Figur 2b) unterscheidet sich die zweite Scheibe 20 lediglich dadurch von der zweiten Scheibe 20 der ersten Ausführungsform gemäß Figur 2a, dass sie Aufhahmenuten 25 besitzt, die auf einer Flachseite angeordnet sind, die den freien Kanten 11 der S chaufeln/Flügel 10 der ersten Scheibe 2 zugewandt sind und mit diesen korrespondieren, so dass die freien Kanten 11 in die Aufnahmenuten 25 einsteckbar sind.

Im Übrigen ist die Ausführungsform gemäß Figur 2b der ersten Ausführungsform gemäß Figur 1 /Figur 2a identisch.

Die Aufhahmenuten 25 bewirken eine lokale Materialverjüngung der zweiten Scheibe 20, sodass ein Laserstrahl zur Ausbildung der Laserverschweißung zwischen der zweiten Scheibe 20 und den freien Kanten 11 der S chaufeln/Flügeln 10 die verbleibende Restdicke des Materials der zweiten Scheibe 20 im Nutgrund der Aufhahmenuten 25 leichter durchdringen kann und somit ein Anschmelzen/ Aufschmelzen der freien Kanten

11 der S chaufeln/Flügel 10 erleichtert ist. Das Material, aus dem die zweite Scheibe 20 gebildet ist, ist wenigstens in den Bereichen der zweiten Scheibe 20, die mit den freien Kanten 11 in Berührung kommen, in ausreichendem Maße durchlässig für Laserlicht ausgebildet, sodass ein Laserstrahl die zweite Scheibe 20 in den beabsichtigten Schweißzonen durchdringen kann. Dieser Effekt ist selbstverständlich auch mit der Ausführungsform der zweiten Scheibe 20 gemäß Figur 2b erreichbar.

Die Laserschweißung wird bevorzugt entlang der gesamten Erstreckung der freien Kanten 11 durchgeführt. In besonders bevorzugter Ausfuhrungsform wird zudem im Bereich der Flanschebene 22 eine ringförmige oder auch eine punktuelle Verschweißung der zweiten Scheibe 20 mit dem Nabenträger 7 vorgenommen.

Die Verschweißung, erfindungsgemäß die Laserverschweißung, findet durchgängig statt, so dass eine Leckage von einem Strömungskanal 12 zum benachbarten Strömungskanal 12 (vgl. Figur 12a) verhindert ist. Aufgrund der erfmdungsgemäßen Auswahl des S chweißverfahrens als Laserschweißverfahren ist auch nicht mit S chweißaustritten zu rechnen, wie dies bei dem im Stand der Technik gängigen Ultraschallverschweißungsverfahren der Fall ist, so dass der Querschnitt des Strömungskanals 12 im verschweißten Zustand zwischen dem Laufradgrundkörper und der zweiten Scheibe 20 nicht durch unerwünschtem Schweißnahtaustritt verengt und strömungsmäßig negativ beeinflusst wird.

Die Ausfuhrungsform gemäß Figur 2a (zweite Ausführungsform der Erfindung) ist in Figur 3a nochmals im Querschnitt dargestellt. Die Nuten 25 sind auf der in Axialrichtung A den freien Kanten 11 der S chaufeln/Flügel 10 zugewandten Seite vorgesehen, so dass die Schaufeln/Flügel 10 in die Nuten 25 ein Stück eintauchen können.

Des Weiteren ist in der Ausführungsform gemäß Figur 3a eine stufenförmige Ausnehmung 30 an der zweiten Scheibe 20 vorgesehen, die eine Materialverjüngung der zweiten Scheibe 20 im Bereich der Flanscheben 22 bewirkt. In einer bevorzugten Art und Weise fluchtet die Flanschebene 22 mit der Ebene der freien Kanten 11, was bewirkt, dass die Laserschweißungen im Bereich der Flanschebene 22 und die Laserschweißungen im Bereich der freien Kanten 11 koplanar angeordnet sind, so dass ein zusätzlicher Fokussieraufwand für den Schweißlaser nicht notwendig ist. In einer abgewandelten Ausführungsform gemäß Figur 3b sind zur Erreichung einer Materialverjüngung im Bereich der Laserschweißungen auf der dem Laufradgrundkörper abgewandten Seite 20a Materialausnehmungen 31 vorgesehen, die hinsichtlich des Verlaufes in Radialrichtung R über die abgewandte Seite 20a der zweiten Scheibe 20 hinweg mit dem Verlauf der S chaufeln/Flügel 10 korrespondieren bzw. mit dem Ringflansch des Nabenträgers 7 korrespondieren.

Diese Materialausnehmungen sind wiederum derart ausgebildet, dass Grundflächen der Materialausnehmungen koplanar angeordnet sind, so dass ein Laserstrahl mit einer festen Fokussierung, d. h. mit einer Fokussierung, die nicht geändert werden muss, die Schweißung durchführen kann.

Des Weiteren sind die freien Kanten 11 der S chaufeln/Flügel 10 koplanar mit der Flanschebene 22 des Nabenträgers 7, so dass auch hier mit einer unveränderten Fokussierung des Schweißlasers sowohl eine Ringschweißung im Bereich der Flanschebene 22 des Nabenträgers 7 wie auch entlang der freien Kanten 11 der S chaufeln/Flügel 10 durchgeführt werden kann.

Eine erfmdungsgemäße Zentrifugalflüssigkeitspumpe 100 ist in Figur 4 dargestellt. Sie weist ein Antriebsgehäuse 101 und ein Pumpengehäuse 102 auf. Im Pumpengehäuse

102 ist in einem Pumpenraum 103 das Laufrad 1 gemäß der Erfindung angeordnet. Das Laufrad 1 sitzt mit seinem Nabenträger 7, der die Buchse 8 enthält, auf einer Antriebswelle 105. Die Antriebswelle 105 ist mit einem Antriebsrotor 106 verbunden, der einem Antriebsmotor (nicht gezeigt) zugeordnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist die Antriebswelle 105 mittels eines Kompaktlagers 107 gelagert. Die dargestellte Ausführungsform ist eine trocken laufende Fluidpumpe, bei der der Pumpenraum 103 mittels einer Dichtung 108 vom Pumpenraum

103 abgedichtet ist.

Das Pumpengehäuse 102 besitzt einen Ansaugstutzen 109, dessen in Axialrichtung A dem Antriebsgehäuse 101 zugewandtes Ende mit der Ansaugöffhung 3 des erfindungsgemäßen Laufrades 1 kommuniziert. Der Ringvorsprung 4 der Ansaugöffhung 3 läuft in einer Laufnut 111 des Pumpengehäuses 102. Die freie Kante 5 des Ringvorsprungs 4 des Laufrades 1 bildet somit mit einem Nutboden 112 der Laufhut 111 einen Axialspalt 120, welcher das Spaltmaß s besitzt. Mit dem erfmdungsgemäßen Laufrad 1 ist es in besonders einfacher und kostengünstiger Art und Weise möglich, das Spaltmaß s auf ein geringes Maß zwischen 0,1 mm und 0,6 mm einzustellen, ohne das aufwändige spanabhebende oder sonst formverändemde Maßnahmen nach dem Spritzguss, insbesondere nach dem Urformvorgang des Laufrades 1 vorzunehmen sind.

Hinsichtlich der Wirkungsgradsteigerung der Zentrifugalflüssigkeitspumpe 1 ist ein möglichst kleines Spaltmaß erstrebenswert. Insbesondere ein Spaltmaß von 0,1 mm bis 0,4 mm erscheint besonders erstrebenswert.

Je geringer das Spaltmaß s ist, desto geringer sind die Leckageverluste aus dem Pumpenraum 103 über die Außenseite der ersten Scheibe 2, die Laufnut 111 zurück in den Ansaugstutzenbereich bzw. in den Bereich der Ansaugöffnung 3 der Zentrifugalflüssigkeitspumpe 100.

Mit dem erfmdungsgemäßen Laufrad 1 gelingt dies in besonders kostengünstiger Art und Weise, da insbesondere Rundlauftoleranzen und auch die axialen Lauftoleranzen, insbesondere der freien Kante 5 des Ringvorsprungs 4 alleine schon durch die einstückige/einteilige Fertigung im Rahmen eines Kunststoffspritzguss- bzw. Kunststoffumspritzungsprozesses erreichbar ist. Spanende N achbearbeitungen sind nicht notwendig. Lediglich die Positionierung des Laufrades 1 auf der Antriebswelle 105 in der Richtung der Axialrichtung A ist bei der Montage einzustellen, so dass das gewünschte Spaltmaß s des Axialspalts 120 erreicht wird.

Mit der Erfindung gelingt es somit einerseits die immer höheren Genauigkeitsansprüche, d. h. die immer geringer tolerierten Maße zu erreichen. Diese beeinflussen weiterhin den Pumpenwirkungsgrad sowie auch das Kavitationsverhalten positiv und somit auch die Pumpenleistung als Ganzes in gewünschter Art und Weise. Die Formgebung des Laufradgrundkörpers ist dabei einteilig hinterschnittsfrei, so dass mit einfachen Spritzgussformen derartige Geometrien kostengünstig herstellbar sind. Mit dem erfindungsgemäß ausgewählten Schweiß verfahren des Laserschweißens gelingt zudem eine strömungsgünstige Gestaltung der Strömungskanäle zwischen benachbarten S chaufeln/Flügeln ohne scharfe Kanten und ungünstige Übergänge sowie ohne Leckagen, was die Strömungsverluste im Gegensatz zu offenen Laufrädem oder im Gegensatz zu geschlossenen Laufrädem, die in Ultraschallschweißung hergestellt wurden, erheblich verbessert. Insbesondere sind bei der Erfindung keine inneren Leckagen vorhanden, die entstehen können, wenn im Rahmen von Ultraschallverschweißungen diese nicht durchgängig ausgebildet werden können, sondern aufgrund von notwendiger Abstandshaltung unterbrochen sein müssen.

Bezugszeichenliste

1 Laufrad

2 Erste Scheibe 3 Ansaugöffrmng

4 Ringvorsprung

5 Freie Kante

6 N abenvorrichtung

7 Nabenträger 8 Laufbuchse

9 Rückseite

10 S chaufeln/Flügel

11 Freie Kanten

12 Strömungskanal 13 Rand

14 Aufnahmenuten

20 zweite Scheibe

20a abgewandte Seite

21 Zentrierbund

22 Flanschebene

25 Aufhahmenuten

30 Ausnehmung

31 Materialausnehmung

100 Zentrifugalflüssigkeitspumpe

101 Antriebsgehäuse

102 Pumpengehäuse

103 Pumpenraum

105 Antriebswelle

106 Antriebsrotor

107 Kompaktlager

108 Dichtung

109 Ansaugstutzen

111 Laufhut

112 Nutboden

120 Axialspalt A Axialrichtung

R Radialrichtung

M Mittelachse

U Umfangsrichtung s Spaltmaß

Claims

Ansprüche

1, Laufrad (1) für eine Zentrifugalflüssig eitspumpe (100), insbesondere eine Kühlmittelpumpe

- mit einer ersten Scheibe (2),

- einer Nabenvorrichtung (6),

- einer Vielzahl von S chaufeln/Flügel (10), wobei die erste Scheibe (2), die Nabenvorrichtung (6) und die S chaufeln/Flügel (10) der Vielzahl Schaufeln/Flügel (10) der ersten Scheibe (2) einstückig ausgebildet sind, und eine zweite Scheibe (20) vorgesehen ist, welche mit den S chaufeln/Flügeln (10) stoffschlüssig verbunden ist, wobei die stoffschlüssige Verbindung als Laserschweißung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Scheibe (2) eine Ansaugöffhung (3) aufweist und die zweite Scheibe (20) mit freien Kanten (11) der Schaufeln/Flügel (10) stoffschlüssig verbunden ist, wobei die freien Kanten (11) in einer Ebene liegen und die Laserschweißungen im Bereich der freien Kanten (11) koplanar angeordnet sind.

2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenvorrichtung (6) einen Nabenträger (7) und eine Laufbuchse (8) aufweist.

3. Laufrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenträger (7) eine

Flanschfläche aufweist, die eine Flanschebene (22) bildet.

4. Laufrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschebene (22) senkrecht zu einer Mittelachse (M) angeordnet ist und eine mit den freien Kanten (11) fluchtende Ebene zur Anlage der zweiten Scheibe (20) bildet.

5. Laufrad nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Flanschebene (22) eine ringförmige oder eine punktuelle Verschweißung der zweiten Scheibe (20) mit dem Nabenträger (7) vorliegt.

6. Laufrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Kanten (11) der Schaufeln/Flügel (10) in eine Axialrichtung (A) weisen.

7. Laufrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Scheibe (20) Aufhahmenuten (14) zum Einstecken der freien Kanten (11) aufweist.

8. Laufrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserschweißung entlang der freien Kanten (11) durchgängig, insbesondere durchgängig und fluiddicht ausgebildet ist.

9, Laufrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Scheibe (2) und die zweite Scheibe (20) aus Kunststoff gebildet sind, wobei ein Kunststoffwerkstoff der ersten Scheibe (2) gleich oder unterschiedlich zum Kunststoffwerkstoff der zweiten Scheibe (20) ist.

10. Laufrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenvorrichtung (6) einen Nabenträger (7) und eine Laufbuchse (8) aufweist, wobei die Laufbuchse (8) im Nabenträger (7) eingegossen oder umspritzt ist.

11. Laufrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich oder anstelle der Einstecknuten auf einer gegenüberliegenden Seite (20a) der zweiten Scheibe (20) örtliche Materialausnehmungen (31) vorgesehen sind, welche mit den freien Kanten (11) hinsichtlich ihres Verlaufs in Radialrichtung (R) korrespondieren.

12. Laufrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens im Bereich der freien Kanten (11) die zweite Scheibe (20) laserlichttransparent ausgebildet ist.

13. Laufrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansaugöffnung (3) ein Ringvorsprung (4) als ein Ansaugkragen zugeordnet ist, welcher eine freie Kante (5) aufweist, die eingerichtet und ausgebildet ist, um mit einem Pumpengehäuse (102) einer Zentrifugalflüssigkeitspumpe (100), insbesondere mit einem Nutboden (112) einer Laufhut (111) im Pumpengehäuse (102) der Zentrifugalflüssigkeitspumpe (100) einen definierten Axialspalt (120) mit einem Spaltmaß (s) von 0,1 mm bis 0,6 mm zu bilden.

14. Laufrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die N abenvorrichtung (6), insbesondere der Nabenträger (7) im Anbindungsbereich der zweiten Scheibe (20) einen Zentrierbund (21) zur radialen Zentrierung der zweiten Scheibe (20) relativ zur ersten Scheibe (2) aufweist.

15. Laufrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Kunststoffwerkstoff der zweiten Scheibe (20) faserverstärkt, insbesondere glasfaserverstärkt ausgebildet ist.

16. Zentrifugalflüssigkeitspumpe aufweisend ein Laufrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.

17. Zentrifugalflüssigkeitspumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die freie Kante (5) des Ringvorsprungs (4) mit dem gegenüberliegenden Pumpengehäuse (102) oder mit einem Nutenboden (112) der Laufnut (111) des Pumpengehäuses (102) einen Axialspalt (120) mit dem Spaltmaß (s) bildet, wobei das Spaltmaß (s) zwischen 0,1 mm und 0,6 mm, bevorzugt zwischen 0,1 mm und

0,4 mm liegt.

18. Kraftfahrzeug aufweisend eine Zentrifugalflüssigkeitspumpe (100) nach einem der Ansprüche 16 oder 17.